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【STM32】HAL库中的实现（八）：I2C通信（以 AT24C02 为例）

news 2025/8/22 6:44:38

本系列文章将HAL库与STM32CubeMX结合在一起讲解，并在此之前提供了基于标准库底层原理讲解，使您基于标准库完全理解各个模块的详细底层实现原理，也可以基于HAL库更快速的学会各个模块的使用方法。

资料参考：
STM32 I2C HAL 官方文档
AT24C02 Datasheet
以及结合本文提供的示例工程：我为你准备好的（可生成） CubeMX + Keil 工程模板

在之前的标准库中，STM32的硬件IIC非常复杂，而且它并不稳定，所以都不推荐使用。

但是在当前的HAL库中，对硬件IIC做了全新的优化，使得之前软件IIC几百行代码，在HAL库中，只需要寥寥几行就可以完成。

通过本篇博客您可以学到：

  1. IIC的基本原理讲解
  2. STM32CubeMX创建IIC例程（CubeMX 配置）
  3. 硬件连接
  4. HAL库IIC函数库（HAL 代码实现（含读写操作））
  5. AT24C02 芯片原理
  6. 调试与注意事项

工具条件：

  1. 芯片： STM32F103ZET6
  2. STM32CubeMx软件
  3. IDE： MDK-Keil软件
  4. STM32F1xx/STM32F4xxHAL库
  5. IIC： 使用硬件IIC1
  6. 原理图 和 芯片手册说明书

I2C的原理之前有写过，这里仅做HAL库的应用，如果需要复习请移步至：【STM32】IIC通信（提供完整实例代码）

IIC例程（由于此前的文章已经完整介绍了IIC的原理，这里借用HAL库实现IIC，我主要讲述的重点是编程代码的实现思路），如果想要更进一步理解IIC的详情，也可以移步至下面提供的博客转载链接之中，很多大佬们都已经写的非常专业了，此处无需重复。正好借此机会，我向大家介绍一下编程中隐性的编程思维。在你未来的工作中可以事半功倍，提升效率。

首先，用别人的代码不要直接拷贝，先看懂他实现了什么，代码的实现逻辑。我们一般在用别人代码的时候，先只是大概的看懂他做了什么，但拷贝代码进入自己的项目中时，我们还需要更进一步确定代码详细的实现逻辑。（如下图所示）

在这里插入图片描述

说的极端一点，你根本就不需要知道这个代码的内部具体是怎么实现的（但是必须能看懂），这种东西有很多很多，你只需要去移植别人写好的代码实现功能就可以了。 这篇文章正好提供了I2C的示例代码，你可以移植我的，也可以移植别人的，这些资源在网上到处都是，但你仍然需要看懂代码的内部逻辑和它具体实现了什么功能、是如何实现的。

同理，在实现其他的需求和功能、函数调用的过程，也与这里的IIC实现同理。

这里的HAL库实现IIC很简单，在CubeMX上把配置好底层，然后在网上找一篇写得比较好的代码或者问问AI，然后用别人已经写好的代码例程测试一下，这样IIC（别的知识点也同理）就能跑起来了。如果说你有自己的需求实现和别人的代码逻辑不一样，先把别人的代码跑起来，然后把他的逻辑看明白，再改成自己的逻辑跑一遍就完成了IIC部分对应的功能。重要的是这其中蕴藏的编程思路是最有价值的。

另外，收集资源不可以乱收集，分门别类的框架规整清楚。代码逻辑完善，搭建系统性思维框架。这样，学完了一圈之后，你之后做项目的时候需要什么，要用到什么的时候，把之前学过的瞟一眼拿过来直接用上即可，可以极大的提升工作效率。编程切忌不要陷入技术的死局。

好了，我们继续，这篇文章的IIC实现是从 STM32CubeMX 配置 → I2C外设初始化 → I2C读写 EEPROM → 串口输出验证 的全流程。

一、项目目标

使用 STM32 的 硬件 I2C 接口，通过 HAL 库驱动，读写 EEPROM（AT24C02 / AT24C04），并通过串口打印数据。

二、整体框架结构

STM32 I2C1 (PB6 PB7)↓
AT24C02 EEPROM（0xA0/0xA1）↓
串口 USART1 → 上位机串口助手

三、硬件连接说明看原理图）

首先在原理图上找到芯片的I2C引脚，及其控制的模块（此处为AT24C04 ）

在这里插入图片描述

请添加图片描述

请添加图片描述
硬件连接说明：

AT24C02 引脚			说明					连接
VCC					电源					3.3V
GND					地					GND
SDA					数据线				STM32 → PB7（I2C1_SDA）
SCL					时钟线				STM32 → PB6（I2C1_SCL）
WP					写保护				GND（允许写入）
A0~A2				器件地址设置			接地（默认地址 0xA0/0xA1）注：✅ SDA/SCL 需上拉电阻（一般10kΩ）

☆ 扩展知识

（如果你自己在编程过程中遇到了不懂的内容，需要自己去查阅 补充知识储备 即学即用）：

AT24C04 模块是一种常见的 I²C接口的 EEPROM（电可擦除可编程只读存储器），主要用于在嵌入式系统中存储小容量的非易失性数据。它可以用来保存配置参数、设置、用户数据等信息，即使在断电后数据也不会丢失。

24C02是一个2K Bit的串行EEPROM存储器（掉电不丢失），内部含有256个字节。在24C02里面有一个8字节的页写缓冲器。

在这里插入图片描述

  • A0,A1,A2：硬件地址引脚
  • WP：写保护引脚，接高电平只读，接地允许读和写
  • SCL和SDA：IIC总线

可以通过存储IC的型号来计算芯片的存储容量是多大，比如24C02后面的02表示的是可存储2Kbit的数据，转换为字节的存储量为21024/8 = 256byte；那么24C04后面的04表示的是可存储4Kbit的数据，转换为字节的储存量为41024/8 = 512byte;以此来类推其它型号的存储空间。

请添加图片描述

AT24C04模块的主要作用包括：

数据存储:
AT24C04 模块可以用来存储配置参数、设置、用户数据等，这些数据在设备断电后仍然需要保存。
掉电数据保护:
由于EEPROM的特性，AT24C04模块可以在断电的情况下保持数据，这对于需要保存配置信息或状态数据的应用非常重要。
I²C通信:
AT24C04 模块使用I²C 接口与主控制器进行通信，这是一种简单易用的串行通信协议，适合于在嵌入式系统中使用。
容量适中:
AT24C04 模块提供4Kb 的存储容量，对于一些只需要少量数据存储的应用来说足够。
易于使用:
AT24C04 模块通常采用8 脚封装，使用方便，易于在电路板上进行集成。

AT24C04模块在嵌入式系统中扮演着数据存储和掉电保护的重要角色，确保重要数据在设备断电后能够被保留，并且可以通过I²C接口方便地进行访问和管理。

如果您希望了解更多此模块的具体信息，可以查阅资料 （自整理，此处链接皆为转载！尊重原作者，侵删！）

AT24C02 E2PROM芯片详解

利用AT24C02进行数据存储

AT24C02存储器的基本原理与应用

关于E2PROM

⚙️ 四、CubeMX 配置要点（见图）

  1. RCC 设置（设置高速外部时钟HSE 选择外部时钟源）
    • 开启 HSE 外部晶振（8MHz）
    • PLL ×9 → SYSCLK = 72MHz
    • APB1 = 36MHz（I2C 属于 APB1）

在这里插入图片描述

时钟源设置：
在这里插入图片描述

我的配置是 外部晶振为8MHz

  1. 选择外部时钟HSE 8MHz
  2. PLL锁相环倍频9倍
  3. 系统时钟来源选择为PLL
  4. 设置APB1分频器为 / 2
  5. 使能CSS监视时钟

32的时钟树框图不懂的话可以移步到： 《【STM32】系统时钟RCC详解(超详细，超全面)》 （转载，侵删！）

  1. IIC设置： I2C1 设置为I2C： 因为我们的硬件IIC 芯片一般都是主设备，也就是一般情况设置主模式即可）

项目设置：
模式：Master  features  主模式特性
SDA / SCL：PB7 / PB6
IIC模式设置：I2C Speed Mode：快速模式和标准模式。实际上也就是速率的选择。
时钟频率： I2C Clock Speed：I2C传输速率，默认为100KHz
地址长度：7位（ Primary Address Length selection： 从设备地址长度 设置从设备的地址是7bit还是10bit 大部分为7bit）—— Dual Address Acknowledged： 双地址确认
从设备初始地址：Primary slave address： 保持默认 
扩展模式：Clock No Stretch Mode： 时钟没有扩展模式
IIC时钟拉伸(Clock stretching)：默认启用（推荐）（ clock stretching 通过将SCL线拉低来暂停一个传输。直到释放SCL线为高电平,传输才继续进行。clock stretching 是可选的，实际上大多数从设备不包括SCL驱动，所以它们不能 stretch 时钟。）

在这里插入图片描述

  1. 串口 USART1 设置（ 因为我们需要将AT24C02中存储的数据发送到上位机上，所以需要设置下串口）

项目设置：
模式：异步
波特率：115200
TX / RX：PA9 / PA10

在这里插入图片描述
配置好了之后，然后点击GENERATE CODE 创建工程。

五、I2C HAL 库函数说明

在i2c.c文件中可以看到IIC初始化函数。在stm32f1xx_hal_i2c.h头文件中可以看到I2C的操作函数。分别对应轮询，中断和DMA三种控制方式。 文件中的函数看起来多，但是只是发送和接收的方式改变了，函数的参数和本质功能并没有改变。比方说，IIC发送函数 还是发送函数，只不过有普通发送，DMA传输，中断 的几种发送模式。

这里我们使用的是普通发送，用其他的方式发送接收数据只是改下函数名即可。

  1. 写寄存器（带子地址）
HAL_I2C_Mem_Write(&hi2c1, DevAddr, MemAddr, I2C_MEMADD_SIZE_8BIT, data, size, timeout);

功能：IIC写数据

参数含义
DevAddrI2C设备地址，如 0xA0
MemAddrEEPROM 内部存储地址
data写入数据指针
size写入字节数
timeout超时时间（单位 ms）
  1. 读寄存器（带子地址）
HAL_I2C_Mem_Read(&hi2c1, DevAddr, MemAddr, I2C_MEMADD_SIZE_8BIT, data, size, timeout);

功能：IIC读一个字节

参数含义
*hi2c设置使用的是那个IIC 例：&hi2c2
DevAddress写入的地址 设置写入数据的地址 例 0xA0
*pData需要写入的数据
Size要发送的字节数
Timeout最大传输时间，超过传输时间将自动退出传输函数

Timeout： 最大读取时间，超过时间将自动退出读取函数

📜 六、主程序代码逻辑（main.c）

✅ 定义区

#define AT24C02_ADDR 0xA0
#define BufferSize 256uint8_t WriteBuffer[BufferSize];
uint8_t ReadBuffer[BufferSize];

✅ 按页写入 EEPROM（每页 8 字节）

for (int i = 0; i < BufferSize; i++) {WriteBuffer[i] = i;
}for (int j = 0; j < 32; j++) {HAL_I2C_Mem_Write(&hi2c1, AT24C02_ADDR, 8 * j, I2C_MEMADD_SIZE_8BIT, &WriteBuffer[8 * j], 8, 1000);HAL_Delay(10); // 写后必须延时，确保写周期完成
}
  • EEPROM 写入后有内部写周期（大约 5~10ms），必须延时。
  • 一页写入不能超过 8 字节（AT24C02 结构限制）。

✅ 3. 一次性读取全部数据

HAL_I2C_Mem_Read(&hi2c1, 0xA1, 0, I2C_MEMADD_SIZE_8BIT, ReadBuffer, 256, 1000);
  • 读取设备地址为 0xA1（0xA0 + 读位）

✅ 4. 打印数据到串口

for (int i = 0; i < BufferSize; i++) {printf("0x%02X ", ReadBuffer[i]);if ((i + 1) % 16 == 0)printf("\r\n");
}

📷 下图中串口调试助手成功显示从 EEPROM 读出 0~255 的数据。
理想中的数据打印（效果）：

0x00 0x01 0x02 ... 0x0F
0x10 0x11 0x12 ... 0x1F
...
0xF0 0xF1 ... 0xFF数据如此输出打印，说明数据写入 & 读取成功

注意事项：AT24C02的IIC每次写之后要延时一段时间才能继续写 每次写之后要delay 5ms左右 不管硬件IIC采用何种形式（DMA，IT），都要确保两次写入的间隔大于5ms;读写函数最后一个超时调整为1000以上 因为我们一次写8个字节，延时要久一点AT24C02页写入只支持8个byte，所以需要分32次写入。这不是HAL库的bug，而是AT24C02的限制，其他的EEPROM可以支持更多byte的写入。注意读取AT24C02数据的时候延时也要久一点，否则会造成读的数据不完整

当然，你也可以每次写一个字节，分成256次写入，也是可以的↓

 // wrinte date to EEPROM 如果要一次写一个字节，写256次，用这里的代码for(i=0;i<BufferSize;i++) { HAL_I2C_Mem_Write(&hi2c1, ADDR_24LCxx_Write, i, I2C_MEMADD_SIZE_8BIT,&WriteBuffer[i],1，0xff);//使用I2C块读，出错。因此采用此种方式，逐个单字节写入 HAL_Delay(5);//此处延时必加，与AT24C02写时序有关 } printf("\r\n EEPROM 24C02 Write Test OK \r\n");
完整代码示例
/* USER CODE BEGIN Header */
/********************************************************************************* @file           : main.c* @brief          : Main program body******************************************************************************* @attention** Copyright (c) 2025 STMicroelectronics.* All rights reserved.** This software is licensed under terms that can be found in the LICENSE file* in the root directory of this software component.* If no LICENSE file comes with this software, it is provided AS-IS.********************************************************************************/
/* USER CODE END Header */
/* Includes ------------------------------------------------------------------*/
#include "main.h"
#include "i2c.h"
#include "usart.h"
#include "gpio.h"/* Private includes ----------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN Includes */
#include "string.h"
/* USER CODE END Includes *//* Private typedef -----------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PTD *//* USER CODE END PTD *//* Private define ------------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PD */
/* USER CODE END PD *//* Private macro -------------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PM *//* USER CODE END PM *//* Private variables ---------------------------------------------------------*//* USER CODE BEGIN PV */
#include <string.h>#define ADDR_24LCxx_Write 0xA0
#define ADDR_24LCxx_Read 0xA1
#define BufferSize 256uint8_t WriteBuffer[BufferSize],ReadBuffer[BufferSize];
uint16_t i;/* USER CODE END PV *//* Private function prototypes -----------------------------------------------*/
void SystemClock_Config(void);
/* USER CODE BEGIN PFP *//* USER CODE END PFP *//* Private user code ---------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN 0 *//* USER CODE END 0 *//*** @brief  The application entry point.* @retval int*/
int main(void)
{/* USER CODE BEGIN 1 *//* USER CODE END 1 *//* MCU Configuration--------------------------------------------------------*//* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */HAL_Init();/* USER CODE BEGIN Init *//* USER CODE END Init *//* Configure the system clock */SystemClock_Config();/* USER CODE BEGIN SysInit *//* USER CODE END SysInit *//* Initialize all configured peripherals */MX_GPIO_Init();MX_USART1_UART_Init();MX_I2C1_Init();/* USER CODE BEGIN 2 */HAL_UARTEx_ReceiveToIdle_IT(  &huart1 , U1RxData, U1RxDataSize);/* USER CODE END 2 *//* Infinite loop *//* USER CODE BEGIN WHILE */while (1){for(i=0; i<256; i++)WriteBuffer[i]=i;    /* WriteBuffer init */printf("\r\n***************I2C Example Z小旋测试*******************************\r\n");for (int j=0; j<32; j++){ if(HAL_I2C_Mem_Write(&hi2c1, ADDR_24LCxx_Write, 8*j, I2C_MEMADD_SIZE_8BIT,WriteBuffer+8*j,8, 1000) == HAL_OK){ printf("\r\n EEPROM 24C02 Write Test OK \r\n");HAL_Delay(20);}else{ HAL_Delay(20);printf("\r\n EEPROM 24C02 Write Test False \r\n");}}/* // wrinte date to EEPROM 如果要一次写一个字节，写256次，用这里的代码 for(i=0;i<BufferSize;i++) { HAL_I2C_Mem_Write(&hi2c1, ADDR_24LCxx_Write, i, I2C_MEMADD_SIZE_8BIT,&WriteBuffer[i],1，0xff);//使用I2C块读，出错。因此采用此种方式，逐个单字节写入 HAL_Delay(5);//此处延时必加，与AT24C02写时序有关 } printf("\r\n EEPROM 24C02 Write Test OK \r\n"); */HAL_I2C_Mem_Read(&hi2c1, ADDR_24LCxx_Read, 0, I2C_MEMADD_SIZE_8BIT,ReadBuffer,BufferSize, 0xff);for(i=0; i<256; i++)printf("0x%02X ",ReadBuffer[i]);/* USER CODE END WHILE *//* USER CODE BEGIN 3 */}/* USER CODE END 3 */
}/*** @brief System Clock Configuration* @retval None*/
void SystemClock_Config(void)
{RCC_OscInitTypeDef RCC_OscInitStruct = {0};RCC_ClkInitTypeDef RCC_ClkInitStruct = {0};/** Initializes the RCC Oscillators according to the specified parameters* in the RCC_OscInitTypeDef structure.*/RCC_OscInitStruct.OscillatorType = RCC_OSCILLATORTYPE_HSE;RCC_OscInitStruct.HSEState = RCC_HSE_ON;RCC_OscInitStruct.HSEPredivValue = RCC_HSE_PREDIV_DIV1;RCC_OscInitStruct.HSIState = RCC_HSI_ON;RCC_OscInitStruct.PLL.PLLState = RCC_PLL_ON;RCC_OscInitStruct.PLL.PLLSource = RCC_PLLSOURCE_HSE;RCC_OscInitStruct.PLL.PLLMUL = RCC_PLL_MUL9;if (HAL_RCC_OscConfig(&RCC_OscInitStruct) != HAL_OK){Error_Handler();}/** Initializes the CPU, AHB and APB buses clocks*/RCC_ClkInitStruct.ClockType = RCC_CLOCKTYPE_HCLK|RCC_CLOCKTYPE_SYSCLK|RCC_CLOCKTYPE_PCLK1|RCC_CLOCKTYPE_PCLK2;RCC_ClkInitStruct.SYSCLKSource = RCC_SYSCLKSOURCE_PLLCLK;RCC_ClkInitStruct.AHBCLKDivider = RCC_SYSCLK_DIV1;RCC_ClkInitStruct.APB1CLKDivider = RCC_HCLK_DIV2;RCC_ClkInitStruct.APB2CLKDivider = RCC_HCLK_DIV1;if (HAL_RCC_ClockConfig(&RCC_ClkInitStruct, FLASH_LATENCY_2) != HAL_OK){Error_Handler();}
}/* USER CODE BEGIN 4 *//* USER CODE END 4 *//*** @brief  This function is executed in case of error occurrence.* @retval None*/
void Error_Handler(void)
{/* USER CODE BEGIN Error_Handler_Debug *//* User can add his own implementation to report the HAL error return state */__disable_irq();while (1){}/* USER CODE END Error_Handler_Debug */
}#ifdef  USE_FULL_ASSERT
/*** @brief  Reports the name of the source file and the source line number*         where the assert_param error has occurred.* @param  file: pointer to the source file name* @param  line: assert_param error line source number* @retval None*/
void assert_failed(uint8_t *file, uint32_t line)
{/* USER CODE BEGIN 6 *//* User can add his own implementation to report the file name and line number,ex: printf("Wrong parameters value: file %s on line %d\r\n", file, line) *//* USER CODE END 6 */
}
#endif /* USE_FULL_ASSERT */
串口打印测试：

在这里插入图片描述

七、出现问题调试代码

可能出现的问题解决方法
写入失败检查延时（HAL_Delay(5~10)）是否足够
数据错乱写入页大小超过8字节？
I2C 无响应看是否接好上拉电阻
地址不对注意设备地址是否左移过（HAL会自动处理）
波特率不匹配串口助手与 MCU 设置一致

综上所述，HAL I2C 优点显而易见：简洁、稳定、可扩展、代码量小，IIC通信的应用场景也很多，常用于EEPROM、传感器、OLED、RTC 等，EEPROM可存储掉电保存数据，不过要注意写入的时候（HAL_I2C_Mem_Write() / HAL_I2C_Mem_Read()），每页最多 8 字节，需延时写周期；写完代码后编译烧录代码，使用串口输出 + 示波器分析 SDA/SCL查看代码实现的效果。

IIC的更多应用场景
应用技术点
OLED 显示 EEPROM 内容I2C 驱动 SSD1306
多 EEPROM 管理改变 A0~A2 地址
EEPROM 写保护控制 WP 引脚
EEPROM 数据加密加密写入，验证读取
EEPROM + 实时时钟保存掉电时间记录

HAL 库下的 I2C 通信，配合 CubeMX 简化了硬件 I2C 的使用，稳定性大幅提升，在工业控制中应用广泛。

http://www.dtcms.com/a/342132.html

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